质子辐照对AlGaN/GaN HEMT亚阈值摆幅特性的影响

研究了具有不同栅漏间距的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的亚阈值摆幅特性在0.4 MeV质子辐照(质子总注量为2.16×10¹² cm^-2)后的变化规律。质子辐照前，各器件的亚阈值摆幅基本一致；质子辐照后，器件的亚阈值摆幅随着栅漏间距的减小而逐渐降低。基于辐照前后器件的电容-电压曲线和输出特性得到低场载流子输运特性，并据此分析了亚阈值摆幅的变化原因。发现与器件尺寸相关的极化散射效应是不同尺寸器件在辐照后亚阈值摆幅发生不同变化的主要原因。为AlGaN/GaN HEMT的性能优化提供了全新的视角与维度。     

氮化镓基高电子迁移率晶体管栅电流输运机制研究

制备了与AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管栅极结构与性能等效的圆形肖特基二极管结构,测量了器件的变温电流-电压特性,研究其在正向与反向偏压条件下的载流子输运过程。结果表明:(1)正向低偏压线形区的电流主要为缺陷辅助隧穿电流,而体电阻效应显著的高偏压区,经典热发射机制占主导地位;(2)AlGaN势垒层中的极化电场对器件的反向漏电流起重要作用,载流子的主要输运过程为Frenkel-Poole发射机制。     

RF-MBE生长AlGaN/GaN极化感应二维电子气材料

用射频等离子体辅助分子束外延技术(RF-MBE)在C面蓝宝石衬底上外延了高质量的GaN膜以及AlGaN/GaN极化感应二维电子气材料.所外延的GaN膜室温背景电子浓度为2×1017cm-a,相应的电子迁移率为177cm2/(V·s);GaN(0002)X射线衍射摇摆曲线半高宽(FWHM)为6′;AlGaN/GaN极化感应二维电子气材料的室温电子迁移率为730cm2/(V·s),相应的电子气面密度为7.6×1012cm-2;用此二维电子气材料制作的异质结场效应晶体管(HFET)室温跨导达50mS/mm(栅长1μm),截止频率达13GHz(栅长0.5μm).     

变温C-V和传输线模型测量研究AlGaN/GaN HEMT温度特性

通过对异质结材料上制作的肖特基结构变温C-V测量和传输线模型变温测量,研究了蓝宝石衬底AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管的直流特性在25～200℃之间的变化,分析了载流子浓度分布、沟道方块电阻、欧姆比接触电阻和缓冲层泄漏电流随温度的变化规律.得出了器件饱和电流随温度升高而下降主要由输运特性退化造成,沟道泄漏电流随温度的变化主要由栅泄漏电流引起的结论.同时,证明了GaN缓冲层漏电不是导致器件退化的主要原因.     

变温C-V和传输线模型测量研究AlGaN/GaN HEMT温度特性

通过对异质结材料上制作的肖特基结构变温C-V测量和传输线模型变温测量,研究了蓝宝石衬底AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管的直流特性在25～200℃之间的变化,分析了载流子浓度分布、沟道方块电阻、欧姆比接触电阻和缓冲层泄漏电流随温度的变化规律.得出了器件饱和电流随温度升高而下降主要由输运特性退化造成,沟道泄漏电流随温度的变化主要由栅泄漏电流引起的结论.同时,证明了GaN缓冲层漏电不是导致器件退化的主要原因.     

击穿电压提高的AlGaN/GaN/AlGaN双异质结特性

本文论述了AlGaN/GaN双异质结高电子迁移率晶体管的特性,该结构使用Al组分为7%的AlGaN来代替传统的GaN作为缓冲层。Al0.07Ga0.93N缓冲层增加了二维电子气沟道下方的背势垒高度,有效提高了载流子限阈性,从而造成缓冲层漏电的显著减小以及击穿电压的明显提高。对于栅尺寸为0.5100μm,栅漏间距为1μm的器件,AlGaN/GaN 双异质结器件的击穿电压（~100V）是常规单异质结器件的两倍（~50V）。本文中的双异质结器件在漏压为35V、频率为4GHz下,最大输出功率为7.78W/mm,最大功率附加效率为62.3%,线性增益为23dB。     

干法刻蚀和氢等离子体处理制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT特性

增强型p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅与源漏之间的沟道特性对器件性能具有重要的影响.在同一晶圆衬底上,采用干法刻蚀和氢等离子体处理栅与源、漏之间的p-GaN,制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT.对器件静态、动态特性和栅极漏电特性进行研究,采用两种方法制备的器件均具有较高的击穿电压(＞850 V@10 μA/mm).通过氢等离子体处理制备的器件的方块电阻较大,导致输出电流密度较低,在动态特性和栅极漏电方面具有明显的优势,氢等离子体处理技术提高了界面态的缺陷激活能,从而实现了较低的栅极反向漏电.     

场板结构对AlGaN/GaN HEMT温度场的影响北大核心CSCD

用Silvaco的ATLAS软件仿真研究了场板结构对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的温度场分布的影响,分析了场板结构影响器件温度场分布的可能因素。模拟结果表明,加入场板结构后,器件沟道二维电子气浓度减小,电场分布发生变化,器件栅极漏侧边缘处的沟道峰值温度降低。加入栅场板和源场板结构后,场板边缘处都有一个新的温度峰值出现,器件的沟道温度峰值在加入单层和双层栅场板及源场板后由511K分别下降到487、468和484K,这种降低作用会随着栅场板层数的增加而有所增强。仿真结果说明场板结构通过改变AlGaN/GaN HEMT器件沟道载流子浓度和电场分布,影响器件内部的温度场分布。优化器件的场板结构是提高AlGaN/GaN HEMT的可靠性有效途径之一。     

Ⅲ-Ⅴ族氮化物同 AlGaAs/GaAs异质结场效应晶体管迁移率比较

依据测试得到的低源漏偏压下的AlGaAs/GaAs、AlGaN/AlN/GaN、In0.18Al0.82N/AlN/GaN异质结场效应晶体管（HFETs）的电容-电压曲线和电流-电压特性曲线,计算得到了器件的二维电子气（2DEG）电子迁移率。我们发现Ⅲ-Ⅴ氮化物HFETs器件同AlGaAs/GaAs HFETs器件的2DEG电子迁移率随栅偏压的变化趋势有很大不同。在Ⅲ-Ⅴ氮化物HFETs器件中,2DEG电子迁移率随栅偏压的变化趋势与栅长同源漏间距的比值有很大关系,但是栅长同源漏间距的比值对AlGaAs/GaAs HFETs器件的2DEG电子迁移率随栅偏压的变化趋势没有影响。这是因为Ⅲ-Ⅴ氮化物HFETs器件中存在极化梯度库仑场散射的缘故。     

亚50nm自对准双栅场效应晶体管的量子和短沟道效应的研究

采用有限元法自洽求解泊松-薛定谔方程,数值模拟了一种新型的亚50nm N沟道双栅MOS场效应晶体管的电学特性,系统阐述了尺寸参数对短沟道效应的影响规律.比较了不同尺寸参数下的亚阈值摆幅、阈值电压下跌和D IBL效应以及沟道跨道,获得了最佳硅鳍宽度(Tfin)和栅极长度(Lg)参数.模拟结果与实验数据的经典数值模拟进行了比较,表明由于电子束缚效应对器件性能的影响,考虑量子效应对F inFET器件的性能优化尤其重要.     

不同AlGaN层厚度的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的静态特性

利用金属有机化合物气相外延技术研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的外延生长及器件制作,重点比较了具有不同AlGaN层厚度的HEMT器件的静态特性.实验发现具有较薄AlGaN隔离层的结构表现出较好的器件特性.栅长为1μm的器件获得了650mA/mm的最大饱和电流密度和100mS/mm的最大跨导.     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.     

AlGaN/GaN HEMT低温直流特性研究

研究了20℃～-70℃栅宽为100μm、栅长为1μm的AlGaN/GaN HEMT的直流特性.随温度降低，电子迁移率增大，而二维电子气密度基本不变，HEMT饱和漏电流IDsat增大;阈值电压低温时有所下降，在一定温度范围内变化不明显，其原因除栅肖特基势垒高度、AlGaN/GaN导带差发生变化外，还可能与器件制备工艺和源极串联电阻有关。     

fmax为30.8GHz的超薄Al2O3绝缘栅GaN MOS-HEMT器件

报道了一种利用原子层淀积(ALD)生长超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长1μm,栅宽120μm,栅压为 3.0V时最大饱和输出电流达到720mA/mm,最大跨导达到130mS/mm,开启电压保持在-5.0V,特征频率和最高振荡频率分别为10.1和30.8GHz.     

具有栅源间本征GaN调制层的AlGaN/GaN HEMT

为解决常规AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)因源极电子注入栅极右侧高场区造成的雪崩击穿,并提高器件的击穿电压,提出了一种具有栅源间本征GaN (i-GaN)调制层的新型AlGaN/GaN HEMT结构.新结构器件在反向耐压时将调制层下方部分区域的二维电子气(2DEG)完全耗尽,扩展了沟道的夹断区,有效阻止了源极电子向栅极右侧高场区的注入.仿真结果表明,通过设置适当的调制层长度和厚度,器件的击穿电压可从常规结构的862 V提升至新结构的1086 V,增幅达26％.同时,GaN调制层会微幅增大器件的比导通电阻,对阈值电压也具有一定的提升作用.     

fmax为30.8GHz的超薄Al2O3绝缘栅GaN MOS-HEMT器件

报道了一种利用原子层淀积(ALD)生长超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长1μm,栅宽120μm,栅压为+3.0V时最大饱和输出电流达到720mA/mm,最大跨导达到130mS/mm,开启电压保持在-5.0V,特征频率和最高振荡频率分别为10.1和30.8GHz.     

4H-SiC衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的研制

报道了在4H-SiC衬底上AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的研制和室温特性测试结果.器件采用栅长为0.7μm,夹断电压为-3.2V,获得了最高跨导为202mS/mm,最大漏源饱和电流密度为915mA/mm的优良性能和结果.     

版图设计对多指AlGaN/GaN HEMTs 栅指温度影响的研究

本文利用三维热仿真方法研究了不同版图设计对多指AlGaN/GaN 高电子迁移率器件工作温度的影响。我们使用拉曼微区测温技术测量了样品的沟道温度,并用于确定材料的热导率,验证器件热模型的准确性。建立模型时特别考虑了界面热阻的作用,确保器件温度分布的仿真结果与实验测量结果一致。文中采用包含界面热阻效应的三维热模型,系统的分析了栅指数目,器件栅宽和栅栅间距等因素对AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管热特性的影响。最后,提出了一种优化器件栅指间距的热设计方法,能够有效降低器件工作时的最高温度。     

4H-SiC衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的研制

报道了在4H-SiC衬底上AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的研制和室温特性测试结果.器件采用栅长为0.7μm,夹断电压为-3.2V,获得了最高跨导为202mS/mm,最大漏源饱和电流密度为915mA/mm的优良性能和结果.